外周神經(jīng)元PKCε-TRPV1通路在痛轉(zhuǎn)化中的作用及中間信號分子 *

王思思 孫海櫸 杜俊英 方劍喬 房軍帆

(浙江中醫(yī)藥大學(xué)第三臨床醫(yī)學(xué)院針灸神經(jīng)生物學(xué)實驗室，杭州 310053 )

疼痛是一種與組織損傷相關(guān)的不愉快的感覺和情緒體驗。急性痛的發(fā)生可以作為機體受到傷害時的一種警告疼痛，能啟動一系列復(fù)雜的反應(yīng)，有助于機體在急性疾病和損傷時保持穩(wěn)態(tài)。但當(dāng)疼痛逐漸發(fā)展成為慢性痛后，則從心理上、生理上給病人造成不良影響，給病人帶來難以忍受的折磨，嚴重影響病人的生活質(zhì)量。國內(nèi)外流行病學(xué)調(diào)查均顯示，成年人慢性痛病人的比例均高達30%左右[1,2]。因此，對慢性痛的有效治療是一種急切的社會需求。

痛轉(zhuǎn)化，指急性痛向慢性痛的轉(zhuǎn)化，是近年來疼痛學(xué)研究的熱點問題。研究發(fā)現(xiàn)，外周傷害感受性神經(jīng)元可由于各種原因?qū)е聦ρ仔越橘|(zhì)的長期高反應(yīng)性[3]。在這種狀態(tài)下，機體沒有明顯的痛覺過敏現(xiàn)象，但對炎癥介質(zhì)的敏感性大大增強。當(dāng)再次暴露于低水平炎癥介質(zhì) (如前列腺素E2，PGE2) 時，機體的反應(yīng)模式被改變，產(chǎn)生持久的痛覺過敏，即痛覺過敏引發(fā)。此時急性痛轉(zhuǎn)化為慢性痛，痛覺過敏被極大的增強和延長。這種改變涉及疼痛機制的改變以及細胞內(nèi)信號通路的轉(zhuǎn)換。這些改變分離了疼痛與組織損傷之間的關(guān)系，大幅度削弱了各類藥物的治療效果，使廣大慢性痛病人飽受折磨。

蛋白激酶 Cε (protein kinase C epsilon,PKCε) 是重要的細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)分子，在多種慢性痛中發(fā)揮重要作用[4,5]。已有部分研究證明，外周神經(jīng)元中蛋白激酶Cε (PKCε) 的活化，是痛轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]。瞬時受體亞型1 (TRPV1) 是PKCε主要的下游物質(zhì)之一，屬于瞬時受體電位 (TRP) 離子通道家族，在外周傷害感受性神經(jīng)元廣泛共表達[7]，參與痛覺過敏的產(chǎn)生與維持，現(xiàn)也已被證明與痛轉(zhuǎn)化相關(guān)[8]。由此可知，PKCε-TRPV1信號通路在急性痛轉(zhuǎn)為慢性痛過程中起到了重要作用。目前臨床上治療慢性痛主要以鎮(zhèn)痛藥為主，常用的如阿司匹林等非甾體抗炎藥物雖然可以暫時的緩解疼痛，但長期服用多伴隨著明顯的副作用[9]，嚴重影響病人正常生活。因此深入了解急性痛向慢性痛轉(zhuǎn)化的機制，預(yù)防痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生，有助于尋求新的專一性高的鎮(zhèn)痛藥，可能是破解慢性痛治療難題的重要方向[10]，是目前研究的熱點。因此，本文對外周神經(jīng)元PKCε-TRPV1信號通路活化與痛轉(zhuǎn)化的關(guān)系進行綜述，并部分探討其可能涉及的中間信號分子，以期為后續(xù)痛轉(zhuǎn)化機制的深入研究提供參考。

一、PKCε-TRPV1信號通路與痛轉(zhuǎn)化

1.PKCε與痛轉(zhuǎn)化

PKCε是重要的細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)分子，在多種組織與細胞中均有表達，參與到神經(jīng)[11]、免疫[12]等系統(tǒng)的生理病理過程中。安靜狀態(tài)下，PKCε以無活性的形式存在于細胞質(zhì)中；被激活后，PKCε從細胞質(zhì)中移位到細胞膜上[13,14]，活化相應(yīng)的下游底物，進而發(fā)揮重要的生理作用?，F(xiàn)已證明PKCε在傷害感受器致敏和機械痛覺過敏中發(fā)揮重要作用，活化的PKCε能增強外周神經(jīng)細胞的興奮性，參與傷害性信息在外周的傳遞。在各類慢性疼痛中均能觀察到背根神經(jīng)節(jié) (dorsal root ganglion,DRG)中 PKCε的高表達，抑制PKCε的活化能調(diào)制慢性疼痛[15]，證明PKCε是參與慢性痛產(chǎn)生和維持的一種重要的信號分子。近期研究發(fā)現(xiàn)， PKCε也參與了痛轉(zhuǎn)化。使用PKCε抑制劑阻斷DRG中PKCε的活化，可以有效阻斷痛轉(zhuǎn)化的產(chǎn)生，抑制痛覺敏化的建立，調(diào)制痛轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的劇烈而長久的、與組織損傷明顯分離的慢性疼痛[16,17]。因此DRG神經(jīng)元中PKCε的活化是誘導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.TRPV1與痛轉(zhuǎn)化

TRPV1是瞬時受體電位 (TRP) 離子通道家族中的一員，在DRG中小直徑神經(jīng)元中分布廣泛[18]。研究證明， TRPV1 介導(dǎo)了多種刺激產(chǎn)生的痛覺過敏，并參與各類慢性疼痛的形成與維持[19,20]。在疼痛過程中，DRG中TRPV1的蛋白表達水平大量增高，使用相應(yīng)的TRPV1特異性抑制劑后，又可以明顯減輕其引起的痛覺過敏反應(yīng)[21]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，TRPV1不僅參與慢性痛，也在痛轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用[8]。急性痛向慢性痛的轉(zhuǎn)變伴隨著TRPV1表達的增加。而抑制TRPV1的表達，可以阻滯痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生，可以減少單核細胞浸潤，從而減輕炎性痛程度，從而阻止通轉(zhuǎn)化的發(fā)生[22]。綜上可知TRPV1在介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化中的重要作用。

3.PKCε-TRPV1通路與痛轉(zhuǎn)化

TRPV1是PKCε的主要下游物質(zhì)之一，與PKCε廣泛共表達在中小直徑DRG神經(jīng)元上。動物實驗證明，PKCε-TRPV1信號通路參與各種慢性疼痛的發(fā)展和維持。慢性炎性痛模型中，DRG中PKCε的膜易位以及TRPV1表達顯著增強。而在使用PKCε抑制劑后完全阻斷了TRPV1的增強和痛覺過敏[7]。在慢性神經(jīng)病理性痛模型中也觀察到與慢性炎性痛相似的結(jié)果[19]。進一步的，使用PKCε抑制劑后可以顯著降低DRG中TRPV1的高表達，并翻轉(zhuǎn)已經(jīng)出現(xiàn)的痛覺敏化現(xiàn)象[23]。因此，DRG中PKCε可以通過誘導(dǎo)TRPV1的高表達，產(chǎn)生痛覺過敏反應(yīng)。

綜上可推知，DRG中PKCε可以通過誘導(dǎo)TRPV1的高表達，產(chǎn)生痛覺過敏反應(yīng)，從而參與痛轉(zhuǎn)化。但是，PKCε-TRPV1參與痛轉(zhuǎn)化的具體機制還不十分清楚，還需要進一步研究和確證。

二、可能參與PKCε-TRPV1信號通路介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的中間信號分子

前文已經(jīng)提及，應(yīng)激狀態(tài)下無活性的PKCε被激活，從細胞質(zhì)移位到細胞膜上。而深入研究發(fā)現(xiàn)，位于胞膜上活化的PKCε不直接誘導(dǎo)下游受體活化，而是通過中間信號物質(zhì)，從而引起一系列重要的生理反應(yīng)。正如PKCε調(diào)節(jié)細胞表面γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)體必須通過N-乙基馬來酰亞胺敏感因子(NSF)參與調(diào)節(jié)[24]。同樣，PKCε在心肌細胞中激活核轉(zhuǎn)錄因子κB (transcription factor κB,NF-κB)的過程可以被絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)抑制劑完全阻斷，表明絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)是PKCε調(diào)節(jié)NF-κB活化的中間介質(zhì)[25]。

同上述研究結(jié)果一致，PKCε并不能直接誘導(dǎo)TRPV1的表達增多，必須通過某些中間信號物質(zhì)，如鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II (CaMKII)，細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)等。

1.鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II (CaMKII)

（1）CaMKII同時參與慢性痛維持和痛轉(zhuǎn)化

當(dāng)機體接受疼痛信號時，外周傷害性感受神經(jīng)元表面多種陽離子通道開放，引起大量Ca2+內(nèi)流。內(nèi)流的Ca2+一方面誘發(fā)動作電位，編碼疼痛信號；一方面也作為第二信使對神經(jīng)元內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生調(diào)控作用。CaMKII是一類分布廣泛的絲/蘇氨酸蛋白激酶，能在鈣離子和鈣調(diào)蛋白 (CaM) 存在的條件下發(fā)生自磷酸化而被激活，對細胞內(nèi)鈣信號的傳遞具有重要的介導(dǎo)作用[26]。大量的證據(jù)表明，CaMKII在多種因素引起的慢性疼痛中起重要作用。在神經(jīng)病理性痛模型中可見，神經(jīng)損傷之后， DRG神經(jīng)元中的CaMKII被激活，表達水平顯著增加[27]；使用CaMKII抑制劑能阻止神經(jīng)損傷引起的異常性疼痛的發(fā)展[28]。慢性炎性痛模型中也觀察到與神經(jīng)病理性疼痛模型相似的結(jié)果[28,29]。

隨著研究的進一步深入，發(fā)現(xiàn)CaMKII不僅參與了慢性痛的維持，還參與了痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生。動物研究提示，CaMKIIα亞型(αCaMKII)的激活與痛轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。在急性痛轉(zhuǎn)化為慢性痛時，痛覺敏化大鼠中可以觀察到DRG神經(jīng)元αCaMKII的高度活化；而足底注射αCaMKII抑制劑能預(yù)防痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生[30]。因此，CaMKII不僅參與了慢性痛的維持，而且還可能是誘導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵細胞內(nèi)信號物質(zhì)。

（2）CaMKII可能是PKCε-TRPV1信號通路介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的中間信號分子

如上文所述，CaMKII的活化與細胞內(nèi)Ca2+的濃度密切相關(guān)。研究證明，活化的PKCε可以引起細胞膜上相關(guān)Ca2+通道活性增強或敏感性增高，進而促使Ca2+內(nèi)流增大，引起CaMKII高度自磷酸化[31]。此外，使用CaMKII抑制劑可以阻斷PKCε介導(dǎo)的痛轉(zhuǎn)化。但消除PKCε的表達卻不能預(yù)防αCaMKII誘導(dǎo)的痛轉(zhuǎn)化[30]。綜上所述，PKCε位于αCaMKII上游，并可能通過αCaMKII引起痛轉(zhuǎn)化。

CaMKII除了是PKCε的下游外，還同TRPV1密切相關(guān)。使用CaMKII抑制劑，可以反轉(zhuǎn)TRPV1介導(dǎo)的感覺神經(jīng)元活性的增強，表明磷酸化的CaMKII可以激活TRPV1，調(diào)節(jié)TRPV1介導(dǎo)的傷害性感受，引起痛覺過敏反應(yīng)[32]。因此，CaMKII是TRPV1的重要上游物質(zhì)之一。

綜上可知，CaMKII是PKCε的下游信號分子，也位于TRPV1的上游。同時，CaMKII即參與慢性痛的產(chǎn)生和維持，也于痛轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。但，就CAMKII是否是PKCε-TRPV1信號通路介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的中間分子，現(xiàn)尚缺乏探討。

2.細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)

（1）ERK同時參與慢性痛維持和痛轉(zhuǎn)化

細胞外調(diào)節(jié)激酶(ERK)是絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成員，并且同慢性痛的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。慢性神經(jīng)病理性痛模型中，DRG神經(jīng)元中磷酸化ERK表達水平升高[33]，抑制ERK的磷酸化能減輕模型大鼠的痛敏表現(xiàn)[34]；慢性炎性痛模型中也觀察到相似的結(jié)果[35]。提示，ERK活性的變化在傷害性刺激的信號傳遞及神經(jīng)敏化中起重要作用。

除了參與各種慢性痛的產(chǎn)生，ERK同痛轉(zhuǎn)化也有一定的關(guān)聯(lián)。痛轉(zhuǎn)化發(fā)生過程中，DRG神經(jīng)元中ERK被顯著激活。使用ERK抑制劑明顯升高大鼠患側(cè)足縮足閾，阻止痛轉(zhuǎn)化發(fā)生[36]。此外，活化的ERK也可以通過其下游物質(zhì)環(huán)腺苷酸應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(CREB)介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生[37]。因此，通過DRG中ERK調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成，即可以直接介導(dǎo)機體從急性疼痛到慢性疼痛的轉(zhuǎn)變。也可以通過ERK磷酸化其下游底物建立痛轉(zhuǎn)化狀態(tài)。因此，ERK不僅參與慢性痛的維持，還與痛轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。

（2）ERK可能是PKCε-TRPV1信號通路介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的中間信號分子

ERK在感覺神經(jīng)元中被激活，激活后的ERK繼續(xù)磷酸化其下游底物。激活ERK的方式有多種，神經(jīng)遞質(zhì)通過PKCε激活ERK是其中的一種經(jīng)典途徑。研究證實， PKCε可以參與ERK激活的信號級聯(lián)[38]。但PKCε并不直接作用于ERK，而是通過作用于Raf-1從而激活ERK。當(dāng)PKCε在顯性失活的Raf-1表達細胞系中過表達，則不存在ERK活化[39]。但無論PKCε是否直接作用于ERK從而引起ERK活化，都證實PKCε在ERK的上游發(fā)揮作用。綜上所述，PKCε位于ERK上游，并可能通過ERK參與痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生。

ERK不僅是PKCε的下游信號分子，而且還與TRPV1密切相關(guān)。通過足底注射炎性介質(zhì)可以誘導(dǎo)TRPV1表達增加，從而引起痛覺過敏[40]。此時，DRG神經(jīng)元中ERK被激活，活化的ERK進一步調(diào)節(jié)TRPV1活性，增強其在DRG中的表達；使用ERK抑制劑能阻斷TRPV1以及痛覺過敏的產(chǎn)生[41]。表明ERK可以激活TRPV1，調(diào)節(jié)TRPV1介導(dǎo)的傷害性感受，引起痛覺過敏反應(yīng)。因此，ERK是TRPV1的重要上游物質(zhì)之一。

基于上文討論，ERK是PKCε的下游信號分子，也是TRPV1的上游物質(zhì)。同時，ERK即參與慢性痛的產(chǎn)生和維持，也在痛轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。所以，ERK也可能在PKCε-TRPV1信號通路誘導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。但ERK是否是PKCε-TRPV1信號通路介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的中間分子尚未得到最終證實。

三、結(jié)語與展望

近年來，眾多的研究表明，PKCε以及TRPV1在慢性痛的發(fā)生與發(fā)展過程中發(fā)揮著不可忽視的作用。隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)在誘導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化過程中，PKCε的活化也發(fā)揮了重要作用，通過膜轉(zhuǎn)位活化相應(yīng)下游物質(zhì)。而作為PKCε的主要下游信號分子，TRPV1證實也參與痛轉(zhuǎn)化的過程。因此，PKCε-TRPV1信號通路在痛轉(zhuǎn)化調(diào)制中發(fā)揮重要作用，但具體機制尚不清楚。據(jù)現(xiàn)有資料表明，PKCε-TRPV1信號通路參與痛轉(zhuǎn)化機制中可能存在多種信號分子，它們可能參與PKCε-TRPV1信號通路對痛轉(zhuǎn)化的調(diào)制并發(fā)揮重要作用。鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II(CaMKII)以及細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)是PKCε的下游信號分子，同時，也位于TRPV1的上游，并且參與慢性痛的產(chǎn)生和維持，調(diào)節(jié)痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生。因此，CaMKII以及ERK同PKCε-TRPV1信號通路誘導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生密切相關(guān)。但CaMKII和ERK是否是PKCε-TRPV1信號通路介導(dǎo)痛轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵中間分子尚需要后續(xù)更多的研究去探索。

臨床上大多數(shù)鎮(zhèn)痛藥物和鎮(zhèn)痛療法都有著不同的副作用，且現(xiàn)有鎮(zhèn)痛藥物對慢性疼痛的治療效果多不佳。因此，研發(fā)新型的鎮(zhèn)痛藥物和鎮(zhèn)痛療法顯得尤為重要。PKCε-TRPV1信號通路與痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。干預(yù)該信號通路，或通路中相關(guān)中間信號分子的活化能為新型鎮(zhèn)痛療法的開發(fā)提供新靶向。同時，從新的角度認識急慢性疼痛的轉(zhuǎn)化，有助于臨床上預(yù)防痛轉(zhuǎn)化的發(fā)生，而這可能是破解慢性痛治療難題的重要方向。